[发明专利]航天器力学环境测量系统

说明书

技术领域

本发明属于传感器测量技术，涉及航天器力学环境的测量方案，更具体地，涉及一种航 天器力学环境测量系统，用于对航天器在上升段和在轨段的力学环境进行监测。

背景技术

航天器在发射时，会经历船箭耦合特性下复杂的载荷条件，航天器与火箭对接面在发射 飞行阶段将受到运载火箭施加的各方向力及力矩的同时作用。在这些复合动载荷的作用下， 器箭界面处结构将会产生多自由度的振动，因此需在航天器主结构布置振动传感器，以获取 结构响应特性，用于分析器箭界面力学环境与舱体的振动响应规律。

由于航天器内设备较多，舱内空间有限，且航天器有严格的重量要求，如何在有限的空 间内，利用较少的传感器获取航天器的上升段和在轨期间的力学环境是本发明的创新点之一。

因此，急需一种方案，采用传感器阵列式的布局方式，从航天器底端至顶端以一定的角 度间隔和距离间隔，在主结构的轴向和周向分别布置传感器，从而获取整个航天器在上升段 和在轨期间的动力学响应特性，进而便于分析覆盖整个航天器底端至顶端的力学环境变化规 律。

另外，还需要这种方案能够通过频谱图曲线的粗细反映出对应某一时刻的响应在某一频 率附近的积聚程度，从而清晰地体现出振动能量在频域上的分布情况。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种航天器结构力学环境测量的方案， 实现对航天器上升段和在轨期间力学环境的监测。

本发明提供了一种航天器力学环境测量系统，用于对航天器在上升段和在轨段的力学坏 境进行监测，包括：多个传感器，以预定方式布置在航天器上，用于采集信号并获取航天器 的主结构的响应特性；采编设备，用于对所负责的传感器的信号数据进行采集编码，并将存 储编码后的采集信号下传至地面，从而供地面人员形成频谱以进行数据分析；以及电缆，用 于在系统内各部件之间进行信号和供电的传输。

优选地，相对于结构形式对称、或主结构为旋转体的航天器，传感器被布置在航天器的 轴向间隔90°而纵向间隔预定距离的位置处，从而利用尽可能少的传感器来获取航天器的主 结构的轴向与纵向的响应特性。

在本发明中，信号至少包括：低频信号、高频信号、冲击信号、和声发射信号，以及相 应地，传感器至少包括：低频振动传感器、高频振动传感器、冲击传感器、和超声传感器。

具体地，低频振动传感器用于获取航天器的主结构在上升段和在轨正常飞行载荷环境下 的响应特性，其中，航天器的主结构由各类结构框组成，低频振动传感器以大体相等的间距 布置在航天器的主结构与纵向轴线共面的位置上，以及当航天器的主结构为旋转体时，低频 振动传感器为双轴或三轴传感器，从而获取航天器的主结构沿旋转轴线方向及周向的响应特 性。

高频振动传感器用于获取航天器的高频振源响应，其中，高频振动传感器被布置在航天 器的内壁结构上，以及高频振动传感器还被布置在航天器中作为高频率振源的设备附近。

冲击传感器用于获取航天器的主结构在上升段受到的冲击响应以及在轨正常飞行载荷环 境下的响应特性，其中，冲击传感器被布置在航天器的底端结构框上，从而采集运载火箭的 上升段舱体结构受到的冲击响应。

超声传感器用于采集航天器在轨阶段遭受撞击的声发射信号，从而获取微流星撞击感知 系统的在轨实测数据，其中，超声传感器以传感器阵列的形式被布置在航天器的内壁上。

采编设备采用航天器上的电源供电，并利用直流变换器进行电压变换。

额外地，本发明的航天器力学环境测量系统还可以包括：现场可编程门阵列，用于实现 整个系统的控制逻辑；快闪，作为存储介质，长时间保存数据信息并支持存储数据的可擦除； 数据事后处理模块，使地面的设计人员能够对下传的力学环境测量数据进行事后处理，从而 得出航天器在运行期间舱体的力学环境数据信息。

因此，通过本发明的航天器力学环境测量系统，可获取航天器上升段和在轨期间结构的 力学响应特性，该系统具有测点分布广泛、采样频率高、集成度高、结构简单、功耗小、存 储容量大、在轨寿命长、实时性高的特点，可用于长期在轨运行的航天器力学环境测量，此 外，该系统具备对空间碎片/微流星撞击感知与定位功能，能够实现对航天器遭受的撞击进行 感知并定位。

附图说明

图1是本发明具体实施方式所涉及的力学环境测量系统的信息流图；